Công nghệ luyện hợp kim ferro ziriconi từ nguyên liệu trong nước

1. Mở đầu
 
Việt Nam không có các mỏ zircon riêng rẽ mà zircon là khoáng vật thu được khi khai thác và tuyển quặng titan. Hàm lượng zircon đi kèm trong quặng titan chứa khoảng từ 5-15% so với ilmenite. Đây chính là nguồn nguyên liệu để chế biến ra các sản phẩm của Ziriconi.

Nước ta đang đẩy mạnh phát triển công nghiệp đặc biệt là công nghiệp luyện kim và khai thác khoáng sản, đẩy mạnh phát triển chế biến sâu khoáng sản để thu được giá trị kinh tế cao hơn so với xuất khẩu tinh quặng.

Quặng zircon của Việt Nam khai thác từ trước đến nay hầu hết chỉ phục vụ cho xuất khẩu. Gần đây có một số doanh nghiệp đã thực hiện chế biến quặng tinh zircon thành bột zircon siêu mịn phục vụ cho ngành gốm sứ, hóa chất. Tuy nhiên, ngành công nghiệp luyện kim và ngành điện tử còn cần đến ziriconi ở dạng kim loại sạch hoặc hợp kim trung gian. Đây chính là lĩnh vực cần được quan tâm nghiên cứu.

2. Mẫu nghiên cứu
 
2.1. Thành phần hóa học và thành phần khoáng vật

Đối tượng nghiên cứu là tinh quặng zircon qua tuyển được cung cấp bởi Công ty Khoáng sản Thừa Thiên Huế.
Để tính toán chi tiết phối liệu cho quá trình công nghệ luyện ferro ziriconi ta cần  phải biết được thành phần hóa và thành phần khoáng vật để đưa ra những nhận xét và tính toán hợp lý.Các kết quả được thể hiện trong bảng 1:

Bảng 1: Thành phần tinh quặng zircon

Qua kết quả phân tích khoáng vật cho thấy tinh quặng zircon chủ yếu ở dạng khoáng ZrSiO4
Thành phần hóa của một số nguyên vật liệu khác như sau:
- Nhôm kim loại dạng hạt có kích thước 0,8mm. hàm lượng nhôm 99%.
- Quặng sắt hàm lượng Fe2O3: 87,67%, SiO2: 3,8%.
- Ferrosilic với hàm lượng Fe 23,59%, hàm lượng Si 74,09%.
- Trợ dung vôi CaO > 80%; huỳnh thạch CaF2 > 80%.

3. Kết quả thí nghiệm
 
3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ tinh quặng nấu chảy trước đến hiệu suất thu hồi Zr

Do phản ứng hoàn nguyên Zr lượng nhiệt tỏa ra ít nên cần phải nấu chảy trước một lượng tinh quặng nhằm tạo điều kiện cho phản ứng nhiệt nhôm dễ dàng xảy ra. Tham khảo một số tài liệu cũng như một số các đề tài đã thực hiện quá trình hoàn nguyên bằng phản ứng nhiệt nhôm đề tài đã chọn tỉ lệ nấu chảy trước là: 30%, 40%, 50% lượng tinh quặng đem phối liệu. Tinh quặng được nấu chảy trước cùng với tỉ lệ trợ dung vôi tương ứng.

Kết quả cho thấy rằng với tỉ lệ tinh quặng nấu chảy trước là 30% và 50% thì hiệu suất thu hồi thấp hơn tỉ lệ tinh quặng nấu chảy trước là 40%. Chọn tỉ lệ tinh quặng nấu chảy trước là 40% để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.
 
3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ nhôm trong phối liệu

Đã tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ nhôm trong phối liệu thay đổi so với tính toán lý thuyểt là từ 90%-110%.
Kết quả cho thấy rằng với hàm lượng nhôm là 105% thì hiệu suất thu hồi Zr là lớn nhất. Chọn tỉ lệ nhôm là 105% để tiến hành các thí nghiệm tiếp theo.
 
3.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của trợ dung

Tính toán sơ bộ hệ xỉ tạo thành, ta chọn phối liệu lượng trợ dung CaO là 35%, 40%, 45%, 50% so với tinh quặng.

Khi lượng trợ dung thấp hơn 45% hệ xỉ chưa chảy loãng, trên bề mặt xỉ bị đông cứng gây khó khăn cho quá trình luyện và mất mát kim loại. Lượng trợ dung là 45% thì quá trình luyện xảy ra ổn định, xỉ chảy loãng tốt, hiệu suất thu hồi Zr là lớn nhất. Chọn tỉ lệ trợ dung là 45%.

4. Kết Luận

 Từ các kết quả thí nghiệm nghiên cứu công nghệ luyện ferro ziriconi trên lò hồ quang cho thấy rằng đề tài đã hoàn thành mục tiêu đề ra. Kết quả thí nghiệm cho sản phẩm đạt kết quả tương đương mác ФСЦp30 của Nga.
 Hợp kim nhận được có thành phần như sau:

​Ks. Nguyễn Hồng Quân
Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim